CN1079603C - 组合脉冲充电方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用脉冲电流进行充电的组合脉冲充电法，其特征在于所述的脉冲电流包含峰值电压为1.4-2.1倍被充电蓄电池(组)端电压的第一正脉冲、峰值电压低于上述的第一正脉冲峰值电压的第二正脉冲和电压为负的负脉冲；上述的负脉冲的峰值电压是上述的第一正脉冲峰值电压的40%-85%；上述的第一正脉冲和第二正脉冲之间有一瞬间停止充电间隔。
Description
本发明是关于可充电电池的充电方法，特别是关于脉冲快速充电的方法。
可充电电池由于具有循环多次使用的优点，已在各种机器和电器设备上广泛使用。如铅酸蓄电池作为机车的安全、无公害排放的一种动力源，正日益受到人们的重视。而各种镉镍、氢镍、锂蓄电池又以体积小、容量大的特点，普遍为各种移动通讯设备所采用。这些可充电电池都是基于可逆的电化学反应而进行工作的。当电池的电能用完后，必须对它们进行充电，使它们恢复电能，方可投入再次的使用。以往的充电，一般均采用直流电进行恒压、恒流或变流的充电方法。这些充电方法得一大缺点就是充电时间太长，对铅酸蓄电池来说为12小时以上，而镉镍、氢镍、锂蓄电池约在10小时左右。因为上述的这些充电方法使用的充电电流平均幅度在0.1CA左右，即所谓的标准充电电流。能否用大于上述的标准充电电流(即所谓的大电流充电)来充电以缩短蓄电池充电的时间呢？人们都在不断地进行研究和实验。若能以1CA的电流幅度对蓄电池充电，将可使充电时间缩短到1小时左右。但人们发现在充电过程中，蓄电池的正极、负极和电解液之间的电化学反应的速率是受各种条件制约的。采用大电流充电将使蓄电池产生极化现象，阻碍电化学反应的正常进行，极易导致蓄电池内部的隔膜和电极损坏，且破坏电解液的平衡，严重时将造成蓄电池的永久性损坏。按现有的各种文献记载，在不造成蓄电池永久性损坏的前提下，所建议的恒流充电幅度最大为0.5CA。这样充电时间也要在3-4小时左右。国外电力杂志(J.Power Sources)报导了用脉冲间隙充电的方法，该方法使用的脉冲电流幅度为1CA，每一脉冲周期内，充电时间为100-200毫秒，停冲时间为300-600毫秒，整个充电时间为290分钟。1996年9月煤炭工业出版社的〖蓄电池快速充电原理和实践〗(朱小同、赵先桂箸)提出了一种“充电-停充-放电-停充”循环的快速充电方法。该方法每循环内充电300毫秒，停充200毫秒，放电120毫秒(共6次，每次20毫秒)；整个充电时间也在2小时左右。上述这些快速充电法虽然缩短了充电时间，但距1小时充电还有较大的差距。此外它们共同存在的一个缺点是无法彻底消除蓄电池的极化现象和记忆效应，因此蓄电池的放电容量逐渐减少，需要在一定的时间内用标准充电电流进行常规的长时间充电以恢复电池的容量。同时，这些快速充电法不许可对有任何损坏的蓄电池进行充电。
本发明的目的在于提供一种组合脉冲充电方法，它能克服现有脉冲快速充电的缺点，可以彻底消除蓄电池在充电过程中的极化现象和记忆效应，实现1小时充电，既保证蓄电池容量不会随充电次数的增加而减少，又能对具有中、轻度损坏的蓄电池进行修复的功能。
本发明的目的是这样实现的：一种利用脉冲电流进行充电的组合脉冲充电方法，其特征在于所述的脉冲电流为包含在每周(即2π)中的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲；在每周的0-π时段为第一正脉冲，其峰值电压为1.4-2.1倍的被充蓄电池(组)端电压，第二步为π/4-π/5时段的瞬间停止充电间隔，第三步为占时5π/8-7π/10的第二正脉冲，其峰值电压大于蓄电池(组)的端电压而小于第一正脉冲的峰值电压，最后时段为峰值电压为第一正脉冲峰值电压40-90％的负脉冲。
所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：上述的负脉冲每秒至少向蓄电池反向充电1次。
所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：上述的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲的频率为25赫兹-32千赫兹，优选的频率为50赫兹或60赫兹。
所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：包含充电电流幅度不大于120毫安的涓流充电阶段，由上述的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲组合的大电流充电阶段和上述的涓流充电阶段在时间上的占空比为3∶1-5∶2。
本发明利用两个电压峰值不等的第一正脉冲和第二正脉冲向蓄电池进行正向大电流快速充电，同时又减少了蓄电池产生记忆效应，而且在两个正脉冲之间有一个瞬间停止充电的间隔，这样不仅可以有效地防止恒定的大电流对蓄电池隔膜和极板的损坏，且缓解了大电流充电所引起的温度升高。再加上负脉冲对蓄电池的反向大电流充电，彻底消除了极化现象和记忆效应，使蓄电池真正实现大电流充电，其充电流平均幅度可达1CA以上，可将充电时间缩短至1小时左右，充电电能的转换率达95％以上，蓄电池的充电容量达100％；还可以使极板受到中、轻度损坏的报废蓄电池得以修复，延长其服役时间。使用本发明可使充足电后的蓄电池贮放时间从目前的3-5天延长到一个月以上，且循环使用寿命在600次以上，甚至可达1600次，大大超过目前标准规定的400-500次。
以下结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的充电波形图。
图2是本发明对电容量小于1800毫安的蓄电池(组)的充电波形图。
实施例1。本发明在对大电容量(1800毫安以上)的蓄电池(组)充电时的组合脉冲充电的脉冲波形如图1所示。图中的横坐标是以转角表示的时间，纵坐标是脉冲充电电流的电压。所述的组合脉冲为：第一正脉冲1、第二正脉冲2和负脉冲3。在一个2π(即每周)时间段内，第一正脉冲1占据0-π时间段，第二正脉冲2占据A-B时间段。π-A时间段(约占π/4-π/5转角)为瞬间停止充电间隔。第一正脉冲1的峰值电压值为被充蓄电池(组)端电压的1.4-2.1倍。第二正脉冲2的峰值电压小于第一正脉冲1的峰值电压，但大于蓄电池的端电压。负脉冲3占据B-2π时间段(约为π/8-π/10转角)。负脉冲3的电压为负值，其峰值电压为第一正脉冲峰值电压的40-90％。在每一个2π的周期内第一正脉冲1、瞬间停止充电间隔和第二正脉冲2是必然存在的，即它们每秒钟向蓄电池充电的次数是与脉冲的频率相等。而负脉冲3则不然，它是依据蓄电池的性质、化学结构及电容量的大小等技术状态而定，也就是说不一定在每一个2π周期内向蓄电池进行一次反向大电流充电，但是最少每秒钟需要向蓄电池反向大电流充电一次；最多则与脉冲的频率数相同。若在某个2π周期内无负脉冲3，则上述的B-2π时间段就成了另一个瞬间停止充电间隔。上述这些充电脉冲的频率为25赫兹-32千赫兹，一般充电脉冲以采用交流工频的频率为佳，即优先选用50赫兹(或60赫兹)。若采用50赫兹的充电脉冲频率，则每秒钟第一正脉冲1和第二正脉冲2各向蓄电池进行50次正向大电流充电，而负脉冲3则根据蓄电池本身的技术状态向蓄电池进行1-50次的反向大电流充电。如此的反复循环直至充电完毕，这一过程一般在1小时左右，甚至更短。
实施例2。本发明在对小电容量(1800毫安以下)的蓄电池(组)充电时的组合脉冲充电的脉冲波形如图2所示，它包含大电流充电阶段和涓流充电阶段。图中的横坐标是以转角表示的时间，纵坐标是脉冲充电电流的电压。在大电流充电阶段，一个2π周期内，第一正脉冲1占据0-π时间段，第二正脉冲2占据A-B时间段。π-A时间段(约占π/4-π/5转角)为瞬间停止充电间隔。第一正脉冲1的峰值电压值为被充蓄电池(组)端电压的1.4-2.1倍。第二正脉冲2的峰值电压小于第一正脉冲1的峰值电压，但大于蓄电池(组)的端电压。负脉冲3占据B-2π时间段(约为π/8-π/10转角)。负脉冲3的电压为负值，其峰值电压为第一正脉冲1峰值电压的40-90％。在每一个2π的周期内第一正脉冲1、瞬间停止充电间隔和第二正脉冲2是必然存在的，即它们每秒种向蓄电池充电的次数是与脉冲的频率相等。而负脉冲3则不然，它是依据蓄电池的性质、化学结构及电容量的大小等技术状态而定，也就是说不一定在每一个2π周期内向蓄电池进行一次反向大电流充电，但是每秒钟内至少向蓄电池进行一次反向大电流充电；最多则与脉冲的频率数相同。在涓流充电阶段的每一个2π转角内有一个第一涓流脉冲4、一个第二涓流脉冲5和两个停止充电间隔。第一涓流脉冲4的充电电流幅度为60毫安左右，第二涓流脉冲5为120毫安左右。第一涓流脉冲4和第二涓流脉冲5之间有停止充电间隔。上述的这些充电脉冲的频率为25赫兹-32千赫兹，一般充电脉以采用交流工频的频率为佳，即50赫兹(60赫兹)。若采用50赫兹的充电脉冲频率，则在大电流充电阶段，每秒钟第一正脉冲1和第二正脉冲2各向蓄电池进行50次正向大电流充电，而负脉冲3则根据蓄电池本身的技术状态向蓄电池进行1-50次的反向大电流充电；在涓流充电阶段，第一涓流脉冲4和第二涓流脉5各向蓄电池涓流充电50次。上述的大电流充电阶段每次持续3-5秒后接着进入1-2秒的涓流充电阶段；两者在时间上构成了3∶1-15∶2的占空比。如此的大电流充电阶段和涓流充电阶段反复交替直至充电完毕，这一过程一般在1小时左右，甚至更短。上述的涓流脉冲4和5可以用电流幅度为60-120毫安的恒流替代。
Claims (4)
1.一种利用脉冲电流进行充电的组合脉冲充电方法，其特征在于：所述的脉冲电流为包含在每周(即2π)中的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲；在每周的0-π时段为第一正脉冲，其峰值电压为1.4-2.1倍的被充蓄电池(组)端电压，第二步为π/4-π/5时段的瞬间停止充电间隔，第三步为占时5π/8-7π/10的第二正脉冲，其峰值电压大于蓄电池(组)的端电压而小于第一正脉冲的峰值电压，最后时段为峰值电压为第一正脉冲峰值电压40-90％的负脉冲。
2.根据权利要求1所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：上述的负脉冲每秒至少向蓄电池反向充电1次。
3.根据权利要求1所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：上述的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲的频率为25赫兹-32千赫兹，优选的频率为50赫兹或60赫兹。
4.根据权利要求1所述的组合脉冲充电方法，其特征在于：包含充电电流幅度不大于120毫安的涓流充电阶段，由上述的第一正脉冲、第二正脉冲和负脉冲组合的大电流充电阶段和上述的涓流充电阶段在时间上的占空比为3∶1-5∶2。
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